基于STM32的智能鞋柜系统设计

基于STM32的智能鞋柜系统设计摘要：针对传统鞋柜性能简单以及鞋子容易“脏、潮、臭”的问题，设计了一款以STM32为主控芯片，应用物联网技术，设计APP客户端，实现鞋柜信息实时监测、智能控制等功能。通过实验，系统能够有效去除臭味，功能较稳定，操作较简单，具备较高的适用价值。关键词：智能鞋柜；STM32；物联网引言智能家居作为新生产业，发展迅速。当代人越来越追求生活的品质以及自身的健康状况，足部健康也愈发被人们重视，所以，对于鞋子的护理变得更加重要。而传统的鞋柜，性能简单，且空间较小，会导致鞋柜内细菌滋生、发霉等。人们穿着这种满是细菌的鞋子，易引发各种足部的疾病，对于身体健康也是非常不利的。该文章是基于STM32的智能鞋柜系统，结合传感器技术、单片机技术、通信网络技术对传统鞋柜进行升级，加入了杀菌除臭、状态信息显示等功能，使用STM32并嵌入算法实现鞋柜的智能控制。1

总体设计该智能鞋柜系统整体设计框图如图1所示，包括STM32模块、温湿度参数检测模块、气体浓度检测模块、电源模块、清洁消毒模块、无线WIFI模块、电机驱动模块、显示模块。当鞋子放进鞋柜时，客户可通过APP进行操作。系统自动检测鞋柜内部温湿度以及气体参数，将数据传输到STM32主控单元，主控板发送指令给驱动模块控制风扇、紫光灯、刷子等交替工作，完成鞋柜的祛湿防霉、杀菌除臭和自动擦鞋功能。并且能够对用户的身体情况进行检测，通过手机APP发送消息给用户。[1]本产品通过手机APP客户端，液晶显示屏等电子器件，实现智能控制鞋柜，帮助用户了解鞋柜的实时情况。2

硬件设计2.1

STM32主控模块本智能鞋柜系统采用STM32F103作为主控板，此种单片机处理速度远高于51及MSP430系列单片机，且IO口较多，能够满足外设传感器较多引脚的要求。是整个系统的核心，用于各模块间的交流，收集温度、湿度、气体浓度等参数，通过无线WIFI与APP客户端，发送数据，控制杀菌消毒。[2]2.2

温湿度检测模块温湿度检测模块选择DHT11传感器，该传感器结合了数字模块采集技术，准确性、稳定性较高，操作较简单，测量精确。最大的好处就是具备简单的单线制串行接口，占引脚数量很少，能够在单片机的开发中变得简单。DHT11负责收集鞋柜内的温湿度信息集，并将数据传送给单片机。当参数值超过设定值时，由STM32单片机发送指令给电机驱动模块执行相应的清洁杀毒操作。2.3

气体检测模块气体浓度检测模块选用MQ135传感器，此传感器的活性较高，且较稳定，该传感器可以实时检测鞋柜内臭味浓度（如硫化氢，氨气等），并将数据发送给单片机，当参数值超过设定值时，由STM32单片机发送指令给驱动模块执行相应的除臭杀菌操作。2.4

清洁消毒模块清洁消毒模块主要利用紫外线灯和臭氧气体给鞋子杀菌消毒，并安装通风加热装置，以此来杀灭细菌，防止疾病传播。紫外线具有极强的杀菌能力，而臭氧具有极强的氧化性，可以完成对鞋子的除臭。由于鞋柜占的空间较小，故选用较小的紫外灯泡，其可以发出紫外线并且产生较少的臭氧，使杀菌和除臭两个功能同时完成。利用PTC空气加热器，可使恒温区温度始终保持在25℃～30℃，使鞋子始终处在最佳保养温度。由于空间有限，鞋柜的烘干区一次只能存放一双潮湿的鞋子，对其进行烘干操作。其他的鞋子，系统会对这些鞋子优先操作，放在距离烘干区较远的地方，烘干区温度持续稳定在40℃左右，利用稳定的温度以及空气中循环的气流，使得鞋子最终烘干。当鞋子放进鞋柜时，用户可通过APP进行操作。系统自动检测鞋柜内部温湿度以及气体参数，将数据传输到STM32主控单元，主控板发送指令给驱动模块控制发热模、风扇、紫光灯和粘毛刷交替工作，完成鞋柜的祛湿防霉、杀菌除臭和自动擦鞋性能。2.5

电源模块电流供电使用220V转5V并且有备用电源供于转换。2.6

无线WIFI模块WiFi模块用于完成鞋柜系统与APP客户端、云服务器之间实时的数据交互。由于所需传输的数据量较小，故选用ESP8266，其组网形式及网络拓扑灵活，支持多种模式共存。并且ESP8266拥有AT指令集，数据透明、传输快速。2.7

电机驱动模块电机驱动模块用于控制清洁消毒模块的开关。本模块使用低压低导通电阻的场效应管SI2301，与机械式开关相比较，体积小、重量轻且使用寿命长。2.8

显示模块显示模块所应用的是LCD1602显示屏，该屏可以高速、高对比度显示时间、温湿度和气体浓度等参数信息。显示模块如图2所示，连接到单片机的P0.0-P0.7、P2.5、P2.6和P2.7引脚。3

软件设计3.1

系统软件主流程设计采用C语言为代码语言，运用keil5编写开发，硬件电路仿真采用Proteus平台，用以调试电路和故障纠错。由于智能鞋柜功能较多，故在设计时需根据各项功能进行模块化编程，自顶向下。上电后，首先进行系统初始化、自检、网络连接等，之后进入控制程序，软件流程如图3所示。3.2

控制程序设计控制程序负责定时采集鞋柜内的温湿度和空气参数信息，每隔4s采样一次，连续采集5组数据，进行平均算法处理，在清洁消毒过程中，当参数处于正常值时，为防止出现错误判断，控制程序先关闭清洁消毒模块，15min之后，再次进行检测，此时如果显示不正常，立即停止等待，启动清洁消毒模块进行工作，若正常则表示判断完成[3]。3.3

客户端APP设计APP方便用户随时查看鞋子状态，控制鞋柜运行。在局域网状态下，通过WiFi，APP客户端与鞋柜可进行实时的数据交互。使用时，要先进行客户信息的绑定，将其连接在鞋柜系统上，连接一次成功后，系统会自动连接客户路由器信息。

图3

软件主流程框图4

结语该文章提出的是一种基于STM32的智能鞋柜系统，通过软硬件多个模块相结合，对传统鞋柜进行改造，一方面实现了对鞋子基本的清洁处理，另一方面扩展了鞋柜的功能，使其具备清洁杀菌、信息显示等功能，并能通过手机APP客户端实现远程控制，为用户提供便捷。通过测试，表明鞋柜清洁消毒效果明显，功耗低，操作简单，功能运行稳定，符合当前用户的消费需求。参考文献：[1]赵宇东，陈坤.一款智能鞋柜的设计和开发[J].价值工程，2020，39（14）：218-220.[2]戈忠义，王乐，汪语哲，等.基于STM32单片机的闭环反馈控制节能鞋柜系统设计[J].节能，2019，38（1）：65-68.[3]王一林，武玉菲，吕利.一款智能家用鞋柜的设计研究[J].科技视界，2019（24）：17-18.作者简介：武珊（出生1998—），女，汉族，山西孝义人，学生，本科，研究方向：物联